【導(dǎo)讀】效率，降低生產(chǎn)成本的特點。在實用的基礎(chǔ)上，對自動上下料機(jī)械手直臂與夾持部件。進(jìn)行三維設(shè)計，其中分為三個部分，手爪、手腕、直臂。設(shè)計手爪為平移型夾持式手。爪，傳動結(jié)構(gòu)為滑動絲桿。手腕為回轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)動角度為0-180°，傳動結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸。整體機(jī)械手為直角坐標(biāo)型，驅(qū)動均為電機(jī)驅(qū)動，結(jié)構(gòu)。簡單可靠，精度高。

　　

【正文】 圖 蝸輪蝸桿箱蓋 圖 蝸輪軸承蓋 機(jī)械設(shè)計及制造 29 圖 蝸輪軸承蓋開口 圖 嵌入式軸承蓋 機(jī)械設(shè)計及制造 30 圖 嵌入式軸承蓋開口 本章小結(jié) 本章對機(jī)械手手腕的類型及回轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行了設(shè)計。先對蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計分析計算設(shè)計，對電機(jī)進(jìn)行了選型。然后用 Pro/e 畫出三維圖 ,用 AutoCAD 畫出二維圖（二維圖見附錄）。 。 機(jī)械設(shè)計及制造 31 5 直臂部分的三維設(shè)計 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 3 個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手 部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂運動應(yīng)該包括 3 個運動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本次設(shè)計主要講直臂的升降。 手臂的結(jié)構(gòu)的選擇及其驅(qū)動機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的手臂升降伸縮運動都為直線運動。直線運動的實現(xiàn)一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)。 我們選用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的手臂，螺母帶動絲杠進(jìn)行升降和平移，采用電機(jī)驅(qū)動。結(jié)構(gòu)如下圖：中間為絲杠，兩邊為光桿。 運行方式為電機(jī)帶動錐齒輪，繼而帶動絲杠螺母，絲杠螺母是固定點，相對的絲杠做上下移動。 滾珠絲杠設(shè)計 （計算部分由小組成員張益完成本人參與討論和數(shù)據(jù)修改） （ 1）選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動系統(tǒng)為：磨制絲杠 (右旋 ) 上固定端到螺母間距離 (臨界長度 ) mmltop 1056? 下固定端到螺母間距離 (臨界長度 ) mmldown 1086? 設(shè)計后絲杠總長 mmlall 1280? 最大行程 mml 1250? 支承方式為兩端固定 機(jī)械設(shè)計及制造 32 定位精度： 由表得，有效行程內(nèi)目標(biāo)行程公差 meP ?47? ，行程變動量 mVup ?39? 由表得，任意 300mm行程內(nèi)行程變動量 mV p ?23300 ? ， 2π弧度內(nèi)行程變動量mV p ?? 82 ? 絲杠精度為 5 級，可靠性 90%。 （ 2）計算載荷 手腕手爪部分重量 kgm 15? NkgNkgmgG 150/1015 ???? （重力加速度取 kgNg /10? ） ..........................（ ） 軸向載荷 NFma 150? （ 3）初算導(dǎo)程： 絲杠螺母轉(zhuǎn)速 min/20xxrn ? ， 直臂移動速度 smmv /167? m in/20xxrnnm ?? 初算導(dǎo)程 mmnvP mh ?? ，所以取 mmPh 5? （ 4） 選工作壽命： hLh 20xx0? （ 5）由表得， NffLnFfC cahmmawam 6 7 71 0 0/)60( 3/139。 ?? ， .............................................................（ ） NFfC maeam 100539。39。 ?? 式中， 查機(jī)械手冊得，精度系數(shù) ?af 查機(jī)械手冊得，可靠性系數(shù) 1?cf 查機(jī)械手冊得，載荷性質(zhì)系數(shù) ?wf 查機(jī)械手冊得，預(yù)加載荷系數(shù) ?ef 機(jī)械設(shè)計及制造 33 所以， NCam ? （ 6） 靜載計算：由機(jī)械手冊得， NFf as 300max ? ，式中 2?sf ..........................（ ） （ 7）選取滾珠絲杠型號：采用外循環(huán)導(dǎo)珠管埋入式 CDM 型。 其中 160?d ， ?d ， 50?hP ， kNCa ? ， kNCoa ? 滿足承載能力要求。 （ 8）計算預(yù)緊力： NFFaP 5031 m a x ??， ama FF ?max ................................................（ ） （ 9） nd 值校驗 由機(jī)械手冊得， 7 0 0 0 03 2 0 0 02 0 0 016m a x0 ????nd ，符合要求。 （ 10）臨界轉(zhuǎn)速校核 m in/2 5 0 7/10 2 227 rLfdn cc ?? ....................................................................................（ ） 式中，查機(jī)械手冊得， ?f mmll downc 10862 ?? m in/20xxm in/ rrnn c ???? 滿足轉(zhuǎn)速要求 （ 11） 螺桿強(qiáng)度： 螺桿材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，其許用應(yīng)力 MPap 60][ ?? 螺桿當(dāng)量應(yīng)力： ][) 120(3) 1504()(3)4( 2322321222 pcaM P adTdF ??? ????????? ....（ ） 式中， mmNnPT ??? 11 符合強(qiáng)度要求 (12)系統(tǒng)剛度計算 bK 機(jī)械設(shè)計及制造 34 剛性為機(jī)械剛度的指標(biāo)，滾珠絲杠的剛性取決于螺桿與螺母之間軸向負(fù)荷珠槽接觸剛性及螺桿軸的剛性來決定。機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)總剛性的慣性經(jīng)由測試，可將螺帽 —螺桿及鋼珠 — 珠槽兩者間的剛性合二為一，成為螺帽剛性 nK ，因此 nSb KKK111 ?? ....................................................................................................（ ） 20 22 ????? ldK S 1 7) (4 4 )( 3131 ?????? CFRK Pn ? mNKKKnsb ?/11 ??? 錐齒輪設(shè)計 錐齒輪傳動的特點：錐齒輪是圓錐齒輪的簡稱，它用來實現(xiàn)兩相交軸之間的傳動 ,兩軸交角 S 稱為軸角，其值可根據(jù)傳動需要確定，一般多采用 90176。錐齒輪的輪齒排列在截圓錐體上，輪齒由齒輪的大端到小端逐漸收縮變小，如下圖所示。由于這一特點，對應(yīng)于圓柱齒輪中的各有關(guān) 圓柱 在錐齒輪中就變成了 圓錐 ，如分度錐、節(jié)錐、基錐、齒頂錐等。錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒和曲線齒等形式。直齒和斜齒錐齒輪設(shè)計、制造及安裝均較簡單，但噪聲較大，用于低速傳動（＜ 5m/s）；曲線齒錐齒輪具有傳動平穩(wěn)、噪聲小及承載能力大等特點，用于高速重載的場合。本節(jié)采用 S=90176。的標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動。 圖 錐齒輪 機(jī)械設(shè)計及制造 35 計算條件：負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mNT ?? ，直線錐齒輪，傳動比為 2 0 0 03 0 0 00 ??? nni，錐齒輪轉(zhuǎn)速 m in/2 0 0 0m in ,/3 0 0 0 21 rnrn ?? 材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 HBS=217~255，齒面粗糙度 mRR ZZ ? ?? 錐齒輪設(shè)計計算： （計算部分由組員張益完成本人參與數(shù)據(jù)討論修改） ： 電機(jī)軸端齒輪轉(zhuǎn)矩 mNT ?? 載荷系數(shù) ?K 齒數(shù)比 ?i 估算時，安全系數(shù) 39。 ?HS ， 接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 52539。 lim ?? 因此估算時的齒輪許用接觸應(yīng)力 M P aM P aS HHHP 39。39。 l i m39。 ??? ?? ...................（ ） 估算結(jié)果： mmde 3 239。 1 ???? 所以 mmidd ee 39。139。 2 ?? 考慮到絲杠需從錐齒輪 2 中心穿過，且所選用絲杠的公稱直徑 mmd 160 ? ，絲杠螺母mmD 361 ? ，故取 mmde 722 ? ， mmde 481 ? 齒數(shù)：取 36,24 21 ?? zz 大端模數(shù)： mmzdm ee 211 ?? .....................................................................................（ ） 1） .齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 其條件為 ? ? ? ?1 0 .5t F a SaFFRK F Y Ybm?????? .....................................................................（ ） 其中 載荷系數(shù) AvK K K K K??? FaY 齒形系數(shù) SaY 應(yīng)力校正系數(shù) 機(jī)械設(shè)計及制造 36 R? 齒寬系數(shù) 查機(jī)械手冊得 AK ＝ 1 查圖得 vK ＝ 查機(jī)械手冊得 K? ＝ 查表得 K? ＝ 可得 FaY ＝ 可得 SaY ＝ R? 取常用值 1/3 代人計算得 ? ? ? ?1 . 5 1 0 2 . 1 1 . 5 0 . 5 6 21 0 . 5 2 1 0 . 5 / 3 2 4t F a S aF RK F Y Ybm? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? .......................（ ） 即 ? ? 380FF M Pa???? ，故安全。 2） .齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 其條件為? ? ? ?1 2 315 * 1 0 .5H E HRRKTZ du????? ? ? ................................................（ ） 其中 EZ 彈性影響系數(shù) 查機(jī)械手冊得 EZ ＝ 12162MPa 代人計算得 ? ? ? ?1 22331 * 5 * 162 * * 1 1 / 3 * 1 / 3 * 24 * RR KTZ M Padu? ? ? ?? ? ? ? .....................................................................................................................................（ ） 即 ? ? 540HH M Pa???? ，故安全。 電機(jī)選型 計算條件：絲杠軸向工作載荷約為 NFm 150? ，絲杠移動速度 smmv /167? 機(jī)械設(shè)計及制造 37 圓錐齒輪傳遞效率 ?? 設(shè)計計算： 絲杠工作的功率： 6 71 5 01 ???? NFvP ...................................................（ ） 絲杠轉(zhuǎn)矩 1 2 11 ?? nPT 電機(jī)選用同步轉(zhuǎn)速 min/30000 rn ? 的三相異步電機(jī)，速比 0 0 03 0 0 00 ??? nni 電機(jī)輸出軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩： ???LT 電機(jī)輸出軸功率 0 ?? LL TnP ..........................................................................（ ） 電機(jī)選用 YS5012 三相異步電動機(jī) 機(jī)械手直臂部分三維出圖及主要零部件出圖 圖 直臂結(jié)構(gòu)三維圖 機(jī)械設(shè)計及制造 38 圖 直臂部分傳動機(jī)構(gòu)三維圖 圖 滾珠絲桿螺母 機(jī)械設(shè)計及制造 39 圖 直臂套筒 圖 光桿絲桿連接件 機(jī)械設(shè)計及制造 40 圖 直臂箱體 圖 直臂箱蓋 本章小結(jié) 本章對機(jī)械手直臂的類型及升降裝置進(jìn)行了設(shè)計。先對滾珠絲桿結(jié)構(gòu)和錐齒輪進(jìn)行設(shè)計分析計算設(shè)計，對電機(jī)進(jìn)行了選型。然后用 Pro/e 畫出三維圖 ,用 AutoCAD 畫出二維圖（二維圖見附錄）。 機(jī)械設(shè)計及制造 41